俗話說“百聞不如一見”,人類接受外部信息的主要途徑就是眼部的感知，即圖像，它對于我們生活、工作的重要性不言而喻。下面由學術堂為大家整理出一篇題目為“數字圖像處理的基本內容與具體應用”的數字圖像處理論文，供大家參考。
原標題：數字圖像處理的發展與應用趨勢討論
摘要：俗話說“百聞不如一見”,人類接受外部信息的主要途徑就是眼部的感知，即圖像，它對于我們生活、工作的重要性不言而喻。伴隨著計算機軟硬件技術的快速發展與進步，數字圖像處理已經進入了我們生活與工作的多個領域，如科學研究，工農業生產，軍事，公安，醫療衛生，教育等。本文主要是從數字圖像處理的基本內容、基本組成、具體應用以及當前的發展趨勢進行分析與討論，目的在于幫助更多人認識與了解數字圖像處理技術。
關鍵詞：數字圖像處理；邊緣檢測；超分辨率；應用；發展趨勢
1.前言
圖像是物體或事物的一種表示、寫真或臨摹，人們通過視覺系統接受它，并在系統中進行初步的辨識之后形成最終的印象與了解。人們是通過自身擁有的聽覺、視覺、觸覺、嗅覺、味覺等來獲取外部的信息，約83%的信息是依靠視覺獲取的。為了能夠及時、便捷的接受所需的圖像，并在一定程度上保證圖像的清晰度，避免圖像失真、保存等出現問題，就需要利用現代化技術，對圖像進行有效處理，因此數字圖像處理技術應運而生，它是將圖像物體運用數字表示并描述，是時間和空間的非連續函數，使計算機可以非常方便地對圖像信號進行處理。數字圖像處理技術的一個主要特點是可以在不增加硬件成本的前提下，通過數字運算對圖像信息進行加工與處理，消除各類噪聲得到清晰的圖像，最終實現圖像的精準識別，滿足各行各業的需求。
2.數字圖像處理的基本內容
數字圖像處理通常包括以下幾個基本內容：
圖像變換：由于圖像信號數據量巨大，直接在空間域中處理將涉及大量的計算，因此常采用圖像變換的方法將空間域處理轉換為變換域處理，以獲得更有效的處理結果，其中最常使用的數字圖像處理算法是小波分析，它可以進行“空間-尺度分析”和“多分辨率分析”;
圖像壓縮編碼：由于圖像的龐大數據量，例如：動態圖像、高分辨率圖像等，使得存儲和傳輸需要占據大量資源（空間和帶寬），不便于后續識別時的特征提取，影響效率，因此在保證不失真的前提下采用編碼壓縮是圖像處理中常用且成熟的技術；
圖像增強與復原：其目的是將圖像有效部分或選擇感興趣部分通過定量強化，用圖像強化技術改善圖像質量，獲取清晰輪廓及所需細節；然后，當了解圖像品質下降（或退化）的原因后，建立“降質模型”,產生一個等價于理想成像系統所獲得的圖像，利用復原技術恢復原來圖像，其整個過程是從圖像到圖像；圖像重建：與圖像增強和復原不同，它是從數據到圖像的處理過程，通常是將圖像重建與計算機圖形學結合將數據轉換為有真實感的高品質圖像；
圖像分割：是數字圖像處理中的關鍵技術之一，顧名思義即把圖像分成區域的過程就是圖像分割，是將圖像中具有重要信息與意義的部位分割出來，它的難度在于圖像不能完全依靠計算機自動分割，需將人工信息與之結合，因此如何將各種方法充分融合是目前提高準確性和有效性的主要內容，這也是未來研究的重點；
圖像描述與分析：圖像描述是圖像識別和理解的必要前提，當前對圖像的描述不僅僅是二維形狀（采用二值），還包括對三維物體的描述；而圖像處理的應用目標就是通過對圖像的分析獲取事件的真相，那么圖像分析就是抓住目標特征將其從圖像到數據的轉換過程；圖像分類與理解：圖像的分類屬于一種基礎性的識別模式，主要是在對圖像進行復原、壓縮等處理后，再進行分割與特點提取，進而決定如何分類；而圖像理解則是在圖像分析基礎上進一步研究圖像中各目標的性質和它們之間的相互聯系，得出對圖像內容含義的理解及原來客觀場景的解釋，并給出指導性決策。
與此同時，數字圖像處理技術還具有這樣幾個優點：再現性比較好，經過數字圖像技術處理的圖像可以始終保持原有的圖像再現；處理精度比較高，因為圖像數字化設備的能力比較高；適用面比較寬，圖像可以是來自多種信息源，針對不同的信息源，采取具體的圖像信息收集措施，圖像數字處理方法可以運用到任何一種圖像；靈活性比較高，數字圖像處理不僅可以進行線性運算，還可以進行非線性處理，即用數學公式等關系來表達的運算都可以利用數學圖像處理實現。
3.數字圖像處理系統的基本組成
數字圖像處理系統與一般計算機處理系統不同之處是必須有專用輸入/輸出（圖像采集/通訊顯示）和通訊設備，見下圖：
4.數字圖像處理的應用
圖像是人們從外部獲取信息與交換信息的重要來源，數字圖像處理的應用已涉及各個技術領域，與人們的工作、生活、學習等緊密聯系，不僅在理論上取得了一定的成果，還在實際應用中取得一些成就，并起到至關重要的作用。其主要體現在以下幾個方面：
首先，航空航天領域上有所體現，同時還涉及到飛機遙感及衛星遙感領域中，它通過圖像處理實現了對遠距離不通過接觸物體而獲取物體信息的能力，通過不同時期的遙感圖像形成的差值圖像可以獲取相應地區的動態變化信息，比如：資源調查、氣候調查、洪水漲落、環境分析、城市規劃等；人們在對火星照片處理有了新發現之后，世界上很多國家派出飛機對他們所感興趣的地區進行空中攝影，將拍攝獲得的照片進行處理，利用計算機的數字圖像處理系統分析與判斷照片，這樣做不僅在很大的程度上節省了人力、物力，還加快了對圖像處理的速度，并且能夠從計算機的處理中獲得人工所不能發現的重要內容與信息，得到有指導意義的結果；
此外，在生物醫學工程方面的應用，如：X射線圖像、超聲圖像、CT圖像、核磁共振影像等技術，都是運用數字圖像處理技術而得到高清晰度和高分辨率的圖像，成為醫生診斷病情的有力助手；在文化體育方面，可以進行數字編輯、動畫制作、運動員動作分析等，通過圖像撲捉轉變為數字信息，再進行大數據綜合分析、評判給出有意義的結論，最終實現技術的科學提升；在通信工程方面，對超大數據量的高清圖像信號的傳輸就依賴圖像編碼壓縮技術，實現多媒體信號（電話、電視和計算機）的“三網合一”;在工業領域的應用，如在一些高溫、有毒、放射性等惡劣環境下識別工件、物體形狀、排列狀態等均可以依靠數字圖像處理技術無接觸獲取所需信息，其中，以高溫環境惡劣的鋁冶煉生產為例，對加料口狀態的識別即采用了該技術，解決了惡劣環境下人工觀察的不安全性、不及時性和不標準化的難題；另外，通過數字圖像處理研制出來的智能機器人可以在該領域中進行有效利用，因為這些機器人同時具備了視覺、聽覺以及觸覺功能，這將是人類的一個突破性進步。
最后，數字圖像處理還在軍事以及公安方面得到了廣泛應用，例：導彈的精確制導、對各種偵查照片進行判斷與分析；在公安方面，對指紋進行識別，對人臉進行鑒別，將不完整的圖片進行復原等；在高速公路系統中，例：ETC技術，實現了車輛、車牌照的自動識別。
由此可以看出，數字圖像處理的應用已經遍及我們生活的方方面面，此項技術為人類對不可觸及的世界的認知提供了強有力的手段，同時對人身安全有威脅的工作有了替代工具，用設備替代人工完成對事件的快速響應，等等，為我們探索未來，科學看待世界起到了巨大的推動作用。
5.數字圖像處理的應用舉例：利用canny算子進行邊緣檢測
邊緣（edge）是指圖像局部強度變化最顯著的部分。主要存在于目標與目標、目標與背景、區域與區域（包括不同色彩）之間，是圖像分割、紋理特征和形狀特征等圖像分析的重要基礎。
Canny邊緣檢測算子是John F.Canny于1986年開發出來的一個多級邊緣檢測算法。更為重要的是Canny創立了邊緣檢測計算理論（Computational theory of edge detection），解釋了這項技術是如何工作的。Canny邊緣檢測算法以Canny的名字命名，被很多人推崇為當今最優的邊緣檢測的算法。
邊緣檢測的三個主要評價標準：
1）低錯誤率：標識出盡可能多的實際邊緣，同時盡可能的減少噪聲產生的誤報。
2）高定位性：標識出的邊緣要與圖像中的實際邊緣盡可能接近。
3）最小響應：圖像中的邊緣只能標識一次，并且可能存在的圖像噪聲不應標識為邊緣。
為了滿足這些要求Canny使用了變分法，這是一種尋找滿足特定功能的函數的方法。
Canny邊緣檢測的一般步驟：
1）消除噪聲。一般情況下，使用高斯平滑濾波器卷積降噪。
2）計算梯度幅值和方向。
使用下列公式計算梯度幅值和方向：
梯度方向近似到四個可能角度之一（一般為0, 45, 90, 135）
原標題：數字圖像處理的發展與應用趨勢討論
摘要：俗話說“百聞不如一見”,人類接受外部信息的主要途徑就是眼部的感知，即圖像，它對于我們生活、工作的重要性不言而喻。伴隨著計算機軟硬件技術的快速發展與進步，數字圖像處理已經進入了我們生活與工作的多個領域，如科學研究，工農業生產，軍事，公安，醫療衛生，教育等。本文主要是從數字圖像處理的基本內容、基本組成、具體應用以及當前的發展趨勢進行分析與討論，目的在于幫助更多人認識與了解數字圖像處理技術。
關鍵詞：數字圖像處理；邊緣檢測；超分辨率；應用；發展趨勢
1.前言
圖像是物體或事物的一種表示、寫真或臨摹，人們通過視覺系統接受它，并在系統中進行初步的辨識之后形成最終的印象與了解。人們是通過自身擁有的聽覺、視覺、觸覺、嗅覺、味覺等來獲取外部的信息，約83%的信息是依靠視覺獲取的。為了能夠及時、便捷的接受所需的圖像，并在一定程度上保證圖像的清晰度，避免圖像失真、保存等出現問題，就需要利用現代化技術，對圖像進行有效處理，因此數字圖像處理技術應運而生，它是將圖像物體運用數字表示并描述，是時間和空間的非連續函數，使計算機可以非常方便地對圖像信號進行處理。數字圖像處理技術的一個主要特點是可以在不增加硬件成本的前提下，通過數字運算對圖像信息進行加工與處理，消除各類噪聲得到清晰的圖像，最終實現圖像的精準識別，滿足各行各業的需求。
2.數字圖像處理的基本內容
數字圖像處理通常包括以下幾個基本內容：
圖像變換：由于圖像信號數據量巨大，直接在空間域中處理將涉及大量的計算，因此常采用圖像變換的方法將空間域處理轉換為變換域處理，以獲得更有效的處理結果，其中最常使用的數字圖像處理算法是小波分析，它可以進行“空間-尺度分析”和“多分辨率分析”;
圖像壓縮編碼：由于圖像的龐大數據量，例如：動態圖像、高分辨率圖像等，使得存儲和傳輸需要占據大量資源（空間和帶寬），不便于后續識別時的特征提取，影響效率，因此在保證不失真的前提下采用編碼壓縮是圖像處理中常用且成熟的技術；
圖像增強與復原：其目的是將圖像有效部分或選擇感興趣部分通過定量強化，用圖像強化技術改善圖像質量，獲取清晰輪廓及所需細節；然后，當了解圖像品質下降（或退化）的原因后，建立“降質模型”,產生一個等價于理想成像系統所獲得的圖像，利用復原技術恢復原來圖像，其整個過程是從圖像到圖像；圖像重建：與圖像增強和復原不同，它是從數據到圖像的處理過程，通常是將圖像重建與計算機圖形學結合將數據轉換為有真實感的高品質圖像；
圖像分割：是數字圖像處理中的關鍵技術之一，顧名思義即把圖像分成區域的過程就是圖像分割，是將圖像中具有重要信息與意義的部位分割出來，它的難度在于圖像不能完全依靠計算機自動分割，需將人工信息與之結合，因此如何將各種方法充分融合是目前提高準確性和有效性的主要內容，這也是未來研究的重點；
圖像描述與分析：圖像描述是圖像識別和理解的必要前提，當前對圖像的描述不僅僅是二維形狀（采用二值），還包括對三維物體的描述；而圖像處理的應用目標就是通過對圖像的分析獲取事件的真相，那么圖像分析就是抓住目標特征將其從圖像到數據的轉換過程；圖像分類與理解：圖像的分類屬于一種基礎性的識別模式，主要是在對圖像進行復原、壓縮等處理后，再進行分割與特點提取，進而決定如何分類；而圖像理解則是在圖像分析基礎上進一步研究圖像中各目標的性質和它們之間的相互聯系，得出對圖像內容含義的理解及原來客觀場景的解釋，并給出指導性決策。
與此同時，數字圖像處理技術還具有這樣幾個優點：再現性比較好，經過數字圖像技術處理的圖像可以始終保持原有的圖像再現；處理精度比較高，因為圖像數字化設備的能力比較高；適用面比較寬，圖像可以是來自多種信息源，針對不同的信息源，采取具體的圖像信息收集措施，圖像數字處理方法可以運用到任何一種圖像；靈活性比較高，數字圖像處理不僅可以進行線性運算，還可以進行非線性處理，即用數學公式等關系來表達的運算都可以利用數學圖像處理實現。
3.數字圖像處理系統的基本組成
數字圖像處理系統與一般計算機處理系統不同之處是必須有專用輸入/輸出（圖像采集/通訊顯示）和通訊設備，見下圖：
4.數字圖像處理的應用
圖像是人們從外部獲取信息與交換信息的重要來源，數字圖像處理的應用已涉及各個技術領域，與人們的工作、生活、學習等緊密聯系，不僅在理論上取得了一定的成果，還在實際應用中取得一些成就，并起到至關重要的作用。其主要體現在以下幾個方面：
首先，航空航天領域上有所體現，同時還涉及到飛機遙感及衛星遙感領域中，它通過圖像處理實現了對遠距離不通過接觸物體而獲取物體信息的能力，通過不同時期的遙感圖像形成的差值圖像可以獲取相應地區的動態變化信息，比如：資源調查、氣候調查、洪水漲落、環境分析、城市規劃等；人們在對火星照片處理有了新發現之后，世界上很多國家派出飛機對他們所感興趣的地區進行空中攝影，將拍攝獲得的照片進行處理，利用計算機的數字圖像處理系統分析與判斷照片，這樣做不僅在很大的程度上節省了人力、物力，還加快了對圖像處理的速度，并且能夠從計算機的處理中獲得人工所不能發現的重要內容與信息，得到有指導意義的結果；
此外，在生物醫學工程方面的應用，如：X射線圖像、超聲圖像、CT圖像、核磁共振影像等技術，都是運用數字圖像處理技術而得到高清晰度和高分辨率的圖像，成為醫生診斷病情的有力助手；在文化體育方面，可以進行數字編輯、動畫制作、運動員動作分析等，通過圖像撲捉轉變為數字信息，再進行大數據綜合分析、評判給出有意義的結論，最終實現技術的科學提升；在通信工程方面，對超大數據量的高清圖像信號的傳輸就依賴圖像編碼壓縮技術，實現多媒體信號（電話、電視和計算機）的“三網合一”;在工業領域的應用，如在一些高溫、有毒、放射性等惡劣環境下識別工件、物體形狀、排列狀態等均可以依靠數字圖像處理技術無接觸獲取所需信息，其中，以高溫環境惡劣的鋁冶煉生產為例，對加料口狀態的識別即采用了該技術，解決了惡劣環境下人工觀察的不安全性、不及時性和不標準化的難題；另外，通過數字圖像處理研制出來的智能機器人可以在該領域中進行有效利用，因為這些機器人同時具備了視覺、聽覺以及觸覺功能，這將是人類的一個突破性進步。
最后，數字圖像處理還在軍事以及公安方面得到了廣泛應用，例：導彈的精確制導、對各種偵查照片進行判斷與分析；在公安方面，對指紋進行識別，對人臉進行鑒別，將不完整的圖片進行復原等；在高速公路系統中，例：ETC技術，實現了車輛、車牌照的自動識別。
由此可以看出，數字圖像處理的應用已經遍及我們生活的方方面面，此項技術為人類對不可觸及的世界的認知提供了強有力的手段，同時對人身安全有威脅的工作有了替代工具，用設備替代人工完成對事件的快速響應，等等，為我們探索未來，科學看待世界起到了巨大的推動作用。
5.數字圖像處理的應用舉例：利用canny算子進行邊緣檢測
邊緣（edge）是指圖像局部強度變化最顯著的部分。主要存在于目標與目標、目標與背景、區域與區域（包括不同色彩）之間，是圖像分割、紋理特征和形狀特征等圖像分析的重要基礎。
Canny邊緣檢測算子是John F.Canny于1986年開發出來的一個多級邊緣檢測算法。更為重要的是Canny創立了邊緣檢測計算理論（Computational theory of edge detection），解釋了這項技術是如何工作的。Canny邊緣檢測算法以Canny的名字命名，被很多人推崇為當今最優的邊緣檢測的算法。
邊緣檢測的三個主要評價標準：
1）低錯誤率：標識出盡可能多的實際邊緣，同時盡可能的減少噪聲產生的誤報。
2）高定位性：標識出的邊緣要與圖像中的實際邊緣盡可能接近。
3）最小響應：圖像中的邊緣只能標識一次，并且可能存在的圖像噪聲不應標識為邊緣。
為了滿足這些要求Canny使用了變分法，這是一種尋找滿足特定功能的函數的方法。
Canny邊緣檢測的一般步驟：
1）消除噪聲。一般情況下，使用高斯平滑濾波器卷積降噪。
2）計算梯度幅值和方向。
使用下列公式計算梯度幅值和方向：
梯度方向近似到四個可能角度之一（一般為0, 45, 90, 135）
